Получено заключение завода Кранбау Эберсвальде (Германия), подтверждающее эксплуатацию кранов данного завода при ветровых нагрузках свыше паспортных значений (при скорости ветра до 22 м/с).

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ОИИМФа в 1975-1984 г.г.; региональных научно-технических конференциях в г. Артеме Приморского края в 1976-1983 г.г.; второй научно-технической конференции "Электропривод и автоматизация кранов", Одесса, 1981г.; научно-технических конференциях профессорско-преподава-тельского состава МГТУ 1985-2005г.г; научно-технической конференции "Проблемы продления навигации", Нижний Новгород, 1991г.; первом съезде специалистов по безопасности деятельности человека, Санкт-Петербург, 1992; Международном симпозиуме "Предупреждение риска", Москва, 1992. Материалы диссертации обсуждались на заводе Кранбау Эберсвальде, в портах Калининград, Мурманск, Находка, Одесса, Ильичевск, Измаил, Петропавловск-Камчатский и многих других портах; ЛенморНИИпроект, ЧерноморНИИпроект, ГИПРОРЫБФЛОТ, в службах портов Черноморского, Советско-Дунайского и Балтийского пароходств, ЦК профсоюза рабочих морского и речного флота, а также работников рыбного хозяйства;

Черноморском, Ленинградском и Дальневосточном баскомфлотах, Министерствах морского флота и рыбного хозяйства.

Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 32 печатных работах и отражены в 13 отчетах о научно-исследователь-ской работе, зарегистрированных в ВНТИЦ.

Результаты, выносимые на защиту.

1. Методы повышения эффективности использования портовых кранов при ветровых нагрузках.

2. Методика расчета портовых кранов на ветровую нагрузку.

3. Математическая модель режима работы портальных кранов при динамическом воздействии ветра.

4. Методика исследования показателей работоспособности кранов и обоснования допустимых ветровых нагрузок для рабочего состояния.

5. Методика и результаты модельных испытаний портальных кранов

и анемометров в аэродинамической трубе.

6. Методика и результаты натурных испытаний и опытной эксплуатации портовых кранов при скорости ветра свыше 15 м/с.

7. Методика составления ветровой карты порта.

8. Результаты реализации выполненных исследований.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 357 с., основной текст 251 с, 49 рис., 38 табл., перечень использованной отечественной и иностранной научно-технической литературы из 213 наименований на 20 с., включая работы автора, приложения на 106 с. включая 6 рис., 5 табл.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследований, изложены научная новизна и практическая значимость работы, основные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ приказов начальников морских портов о работе кранов при ветровых нагрузках, а также нормативных актов по эксплуатации и расчету кранов на ветровую нагрузку, выполнен анализ научных работ и сформулированы задачи исследований.

До настоящих исследований отраслевыми правилами по технической эксплуатации кранов и правилами по охране труда в торговых и рыбных портах запрещалось использование кранов при скорости ветра 15 м/с и более. При этом не указывалось, является ли допустимая скорость ветра средней или максимальной в порывах; не оговаривалась высота измерения скорости ветра; не учитывались конструктивные и эксплуатационные особенности кранов, а также технологические схемы работ и парусность грузов.

В действующих стандартах расчетная ветровая нагрузка рассматривается как статическая нагрузка, при этом не учитываются собственные скорости движения крановых механизмов, а также векторная природа ветровой нагрузки. При расчете коэффициентов аэродинамического сопротивления не учитывались все конструктивные элементы крана и их аэродинамическое взаимовлияние. Существующие методы расчета не позволяют определять влияние ветровой нагрузки на кран с грузом, включая ее динамическое воздействие, как на материальную систему с пятью степенями свободы с подвижной точкой подвеса и поперечными колебаниями груза.

В научных трудах, относящихся к теме диссертации, видное место занимают труды Сиротского В.Ф., Ерофеева Н.И. и Гаранина Н.П., которые являются основополагающими при исследовании режимов работы портовых портальных и плавучих кранов. Динамике кранов с электроприводом посвящены монографии Комарова М.С., Казака С.А. и других авторов. Исследования, посвященные надежности и долговечности портальных кранов, выполнены Артемьевым П.П., Брауде В.И. и рядом других ученых.

Вопросы проектирования и расчета кранов и установок, изложенные в учебниках Дукельским А.И., Гараниным Н.П., Степановым А.Л., являются базовыми при подготовке портовых инженеров. Теоретическому обоснованию и практической реализации прогрессивных транспортно-технологичес-ких систем посвящены научные труды Гагарского Э.А., на основании которых разработаны руководящие документы Минморфлота и учебные пособия для студентов транспортных специальностей ВУЗов. 

В области исследования воздействия ветровых нагрузок на инженерные сооружения и башенные краны следует отметить работы Барштейна М.Ф., Давенпорта А.Г., Когана И.Я., Невзорова Л.А., Зарецкого А.А.

Применению МКЭ для определения динамических характеристик судовых и других конструкций посвящены работы Постнова В.А.,

Козлякова В.В., Лукаша Э.П., Шишенина Э.А. и других ученых.

Описанию экспериментальных установок, приборов измерений, методике и технике проведения модельных испытаний в аэродинамической трубе посвящено большое количество монографий и трудов, в частности,

Горлина С.М., Костюкова А.А., Повха И.Л., Седова Л.И. и других ученых.

Состояние предмета в области расчетных ветровых нагрузок на сооружения представлено в работах Анапольской Л.Е., Завариной М.В.

Работы, посвященные исследованию образования ветровых теней за одиночными зданиями и сооружениями с целью изучения их аэрации, были выполнены Реттером Э.И., Серебровским В.Л. и Максимкиной Н.Г.

В перечисленных научных работах и трудах: не исследовались реальные параметры ветровой нагрузки и аэродинамические характеристики портальных кранов; отсутствуют аналитические зависимости ветровой нагрузки на кран с грузом в функции обобщенных координат движения механизмов; отсутствуют математические модели режима работы портальных кранов, как материальной системы с пятью степенями свободы с учетом динамических характеристик крана, электропривода и динамического воздействия ветра;

не исследовались вопросы влияния ветра на основные показатели работы кранов, не учитывались их паспортные характеристики и технологические схемы работ; не исследовалось влияние ветра на поведение груза в пространстве в зависимости от его парусности, не учитывалась векторная природа ветровой нагрузки; не изучались ветровые режимы портов, не производились анемометрические съемки в портах; не составлялись ветровые карты портов и не исследовались эксплуатационные характеристики анемометров.

Вторая глава посвящена анализу воздействия ветровой нагрузки на портовые портальные краны с учетом характера изменения ветровой нагрузки во времени, по высоте крана, собственных скоростей движения механизмов и влияния рельефа местности и портовой застройки.

Составлена расчетная схема нагрузок на кран с прямой стрелой и шарнирно-сочлененной укосиной. Расчетная схема крана с грузом является жесткой неконсервативной материальной системой с пятью степенями свободы, которая представлена в цилиндрической системе координат, характеризующих параметры рабочего процесса крана. Две координаты определяют текущее положение точки подвеса груза, а три других - положение центра тяжести груза при голономной нестационарной идеальной связи. При этом принятые допущения в расчетной схеме отвечают основной поставленной цели.

Для решения поставленных задач использовались уравнения Лагранжа второго рода. Эти уравнения составлены на основе обобщенных координат и соответствующих им обобщенных сил, включая ветровую нагрузку. Ветровая нагрузка представлена в виде суммы двух ее составляющих: статической – соответствующей средней скорости и динамической – соответствующей пульсационной составляющей скорости ветра.

В результате анализа работ советских и японских ученых, а также статистической обработки записей скоростей ветра, выполненных автором на метеостанции Ильичевск-порт, и статистической обработки зарегистрированных случаев действия средних скоростей ветра от 15 до 20 м/с с порывами в 11-и портах, расположенных в различных ветровых районах, установлены:

основные параметры ветрового воздействия на портовые краны, к которым относятся средняя скорость ветра, осредненная за 2-х минутный интервал времени, максимальная скорость ветра, осредненная за 5-секундный интервал времени; порывистость ветра, характеризующаяся коэффициентами порывистости (пульсаций), равными отношению максимальной скорости ветра в порывах к средней скорости ветра и продолжительностью порывов (пульсаций), а также направление ветра, как векторная величина;

скорость ветра можно представлять в виде суммы двух ее составляющих: статической, соответствующей средней скорости ветра, осредненной за 2-х минутный интервал времени, и динамической составляющей, характер изменения которой в функции времени можно представить графиками тригонометрических функций – синусоидами со случайными амплитудами пульсаций, определяемыми коэффициентами порывистости и продолжительностью порывов (пульсаций);

установлена статистическая зависимость между средними скоростями ветра, коэффициентами порывистости и продолжительностью порывов ветра;

получен закон распределения максимальных пульсаций ветра, который близок к нормальному с наиболее вероятным значением коэффициента порывистости Кп = 1,25 и пределами его изменения – 1,05 <э Kп <э 1,45, и соответствующих им круговых частот 1,26 ( (( 0,16 (5( ( ( 40, с); повторяемость коэффициентов порывистости, не превышающих 1,45, составляет 99%;

построены экспериментальные кривые статистического распределения времени действия ветра по одному и тому же его направлению.